CC BY
31
О некоторых технологических возможностях щёток с абразивно-
полимерным волокном
к.т.н. Пини Б.Е., Яковлев Д.Р.
МГТУ «МАМИ»
Развитие машиностроительного производства связано с расширением использования многоцелевых станков различного рода и прогрессивных конструкций обрабатывающего инструмента. К одному из относительно новых видов инструмента относятся щётки с абразивно-полимерным волокном. В России эти инструменты известны с начала 80-х годов прошлого века из материалов фирмы «Осборн» (США). Однако до сих пор они практически не имеют стабильной области применения. Со второй половины 80-х годов научно-исследовательский институт тракторного и сельскохозяйственного машиностроения начал стабильно использовать щётки с абразивно-полимерным волокном, типа «ёрш» (рис. 1) при внедрении технологии алмазного развертывания применительно к корпусам гидрораспределителей.
Рис. 1. Рис. 2.
Эти детали изготавливаются из серого и высокопрочного чугуна с допуском на обработку рабочих отверстий в пределах 4 - 8мкм, После финишных операций на отсечных кромках, образованных поперечными канавками, появляется нитевидный тонкий заусенец. Такой заусенец недопустим, так как он приводит к заклиниванию золотника в отверстии. В то же время, на отсечных кромках допускается притупление острых кромок радиусом не более 0,3 мм, что крайне затруднительно. С это задачей успешно справлялась щётка типа «ёрш» с абразивно-полимерным волокном. Обработка производилась за пять-восемь возвратно-поступательных перемещений «ерша» в отверстии гидрораспределителя при полном выходе инструмента из отверстия в верхнем и нижнем положениях. Режимы обработки использовались следующие: ¥в.п = 14-18 м/мин и ¥окр = 15-20 м/мин. Несмотря на то, что обработка происходит при частом контакте волокон щётки с острыми отсечными кромками, стойкость щеток составляла около 300шт. деталей, оставаясь практически одинаковой для отверстий в диапазоне 18-45 мм. При этом исходный диаметр щётки должен быть на 3-4 мм больше диаметра отверстия корпуса гидрораспределителя. Для продления срока эксплуатации щётки целесообразно немного отогнуть проволочную основу, так чтобы возникло биение её рабочей части и после этого щётку можно использовать ещё достаточно значительное время. Такие инструменты изготавливались в НИИтрактосельскохозмаш и поставлялись заводам, изготовителям гидрораспределителей. Из зарубежных источников известно аналогичное использование таких щёток и применительно к алюминиевым деталям, а также использование цилиндрических, чашечных и торцевых щёток для выполнения различных зачистных операций на стальных деталях.
В настоящее время фирма «Осборн» имеет предприятия в ряде стран Европы и абразивно-полимерные щётки можно приобрести даже в магазинах строительных материалов. Абразивно-полимерные щётки в последнее время стали изготавливать в Польше и Китае. Однако технологические возможности таких щёток не равноценны. Это связано, очевидно, с используемыми материалами, а именно, с составом полимера и используемым абразивом.
Маркировка щёток имеет лишь информацию по предельно-допустимым числам оборотов их вращения, что затрудняет их выбор для решения конкретных производственных задач. У китайских щёток волокно имеет характерный розовато-оранжевый цвет.
Одна из проверок технологических возможностей абразивно-полимерных щёток была осуществлена при обработке шипа стального «колпачка» с Б = 46 мм, изготовленного из стали 45 (рис. 2). У цилиндрического шипа, имеющего коническую поверхность с Б = 11 мм и d = 9,5 и высоту 5 мм, фрезеруется по оси симметрии паз шириной 5,75 мм с глубиной 6 мм. На оставшихся стеночках образуются острые кромки и заусенцы на выходе фрезы, величиной примерно равной 0,3мм. Этот заусенец приходится снимать вручную мелким личным напильником, что малопроизводительно и достаточно утомительно.
При изгибе заусенец не отламывается, а загибается, что говорит о его прочной связи с основным металлом.
Естественно, что для удаления прочного заусенца возникает желание использовать металлическую карцовочную щётку. Такая обработка была произведена с использованием кар-цовочной щётки Б = 50мм, шириной 6 мм и величиной вылета проволочки от зажимного диска - 10мм. Проволочка у щётки имела диаметр, равный 0,3 мм. В результате обработки при числе оборотов равном 2200 об/мин, в течение 90 сек., заусенцев не осталось, но края обрабатываемых поверхностей стали неровными, как бы с мелкими зазубринами. Щётка использовалась впервые, поэтому было отмечено распушение проволочек щётки в обе боковые стороны и некоторый изгиб в сторону, противоположную направлению их действия. В процессе обработки отклонение проволочек от радиального состояния под действием усилия контакта с обрабатываемой поверхностью составляло примерно 20°. Общее впечатление от результата обработки посредственное, поэтому было произведено опробование абразивно-полимерной щетки для обработки «колпачков» по коронке с заусенцами. При этом была использована щётка с диаметром, равным 110мм., диаметром волокна, равном 1,3мм, с вылетом от места защемления, равном 17мм, и прижимом щетки к заготовке до 7 мм. Величина зерен в волокне составляла 48 мкм, с объемным содержанием его, равным 25-30% от общей массы материала волокна.
Обработка колпачков производилась в аналогичных условиях при ручном удержании колпачка и контакте со щёткой в течение 83 сек., числе оборотов, равном 2000 об/мин. В результате заусенец был удален и все поверхности выглядели несколько заполированными. Этот результат был положительно оценен производителями «колпачков» (рис. 3).
Рис. 3. Рис. 4.
Однако учитывая, что объем производства «колпачков» исчисляется несколькими сотнями тысяч штук в год, возникает задача механизированной обработки с минимальными производственными затратами. Поэтому предусматривается осуществление процесса обра-
ботки щётками непосредственно после фрезерования без переустановки деталей.
Конечно, одним из важных вопросов становится стойкость абразивно-полимерных щеток при взаимодействии с режущими поверхностями, которыми являются заусенцы. Однако учитывая отсутствие каких-либо видимых изменений состояния щётки при обработке опытной партии деталей, значительную величину вылета ворса, уменьшение которого следует ожидать по мере износа волокна с обеспечением интенсификации его воздействия, можно рассчитывать на их значительную долговечность. Совершенно иной механизм взаимодействия абразивно-полимерного волокна реализуется при использовании щёток для зачистных и полировальных операций. Поэтому, когда на одном из Московских предприятий при проведении ремонтных работ по газотурбинной энергетической установке ГТЭ 20/55 СТ возникла задача по восстановлению работоспособности ответственных элементов установки, нами было предложено использовать абразивно-полимерную щётку для зачистных операций. Такая потребность возникла при рассмотрении состояния «переходника» (рис. 4) установки. Две газотурбинные установки ГТЭ 20/55 СТ (по 20 МВт) эксплуатируются в ОАО «Нафтан» в г. Новополоцке с 2000г. Наработка каждого блока составила более 6000 час в год, что соответствует выработке более 288000 МВт электроэнергии и 960000 Гкал тепловой энергии, преобразованной в 1,8 млн. тонн технологического пара.
Переходный диффузор образует канал для перевода потока газа от кольцевого сечения за турбиной газогенератора к кольцевому сечению на входе в свободную силовую турбину при одновременном снижении скорости потока с минимальными гидравлическими потерями. После наработки 36000час проведены исследование и дефектация «переходника» установки, которые показали, что «переходник» необходимо очистить от продуктов сжигания топлива, которые образовали тонкий окисный слой со спекшимися частичками продуктов горения. При воздействии на этот слой абразивной шкуркой, он с трудом снимается с возникновением недопустимых рисок, которые можно убрать при длительной обработке мелкозернистым полирующим инструментом.
При обработке поверхностей «переходника» абразивно-полимерной щёткой дефектный поверхностный слой эффективно удаляется, недопустимые риски не появляются, а поверхность заполировывается. Для люминесцентного контроля сварных швов их необходимо зачистить с минимальными царапинами, так как последние будут мешать выявлению трещин. Именно абразивно-полимерная щетка дает желаемый эффект и значительно ускоряет процесс подготовки к контролю.
Для обработки использовалась щетка с наружным диаметром 110 мм, вылетом волокна, равном 15 мм, и шириной 10 мм с зернистостью абразива равной 48 мкм, и объемным его содержании в полимере, равном 25-30% (рис. 5).
Обработка производилась при закреплении щётки в пневматической головке, обеспечивающей вращение инструмента с числом оборотов, равным 2000 об/мин (рис. 6). Прижим щётки к обрабатываемой поверхности осуществлялся с изгибом волокна под углом около
30°.
Рис. 5. Рис. 6.
После проведения ремонтных работ срок службы переходника продлен на 10 000 час. Полученные положительные результаты обработки поверхностей переходника явились основанием для внедрения щеток с абразивно-полимерным волокном в производство по ре-
Раздел 2. Технология машиностроения и материалы. монту и обслуживанию газотурбинных двигателей на ФГУП ТМКБ «СОЮЗ» для выполнения очистки поверхности от внешних загрязнений и поверхностного дефектного слоя для проведения операций контроля качества.
Обработка абразивно-полимерной щеткой показала не только эффективность в части обеспечения высокого качества обрабатываемой поверхности, но и удобство её использования. Это связано с тем, что щетка может быть использована как в ручном инструменте (дрель, пневматическая головка и т.д.), так и на различных видах оборудования при прямом и обратном вращении. Она может использоваться с охлаждающей жидкостью или без неё. Не имеет такого недостатка как «засаливание», характерное для всех абразивных инструментов. Износ щётки не снижает качество обработки при соответствующем регулировании усилия взаимодействия с обрабатываемой поверхностью. Достаточно просто можно сформировать при необходимости щётку с широкой рабочей поверхностью.
Широкое разнообразие различных конструктивных исполнений щёток позволяет встраивать их в технологические процессы обработки на станках с ЧПУ для снятия заусенцев и др.
Выводы
Проведенные работы по использованию абразивно-полимерной щетки показывают, что этот инструмент имеет широкое поле возможного применения для операций по зачистке заусенцев, снятия поверхностного дефектного слоя, выполнения операций полирования и др. операций. Отсутствие на сегодняшний день четких рекомендаций по использованию щеток вызывает необходимость дальнейшего широкого исследования их технических возможностей и выявления новых областей применения.
Принципы конструирования штампов для объемного выдавливания
к.т.н. Рагулин А.В, Анюхин А.С., д.т.н. Филиппов Ю.К., Кононов А.В.
МГТУ «МАМИ», ООО «Инсаюр-Автотрейд ТЛ»
Известно, что в современных автомобилях и тракторах до 80-90% деталей по массе получают обработкой давлением, одним из наиболее прогрессивных способов которой является холодная объемная штамповка.
Холодная объемная штамповка по сравнению с другими видами обработки, особенно, резанием позволяет в 3-3,5 раза увеличить коэффициент использования металла (КИМ), получать высокую точность деталей и хорошее качество поверхности, повысить надежность, износостойкость и долговечность деталей, снизить трудоемкость их изготовления и повысить производительность труда.
Холодная объемная штамповка имеет и некоторые недостатки. К ним относятся, главным образом, высокое сопротивление деформации и пониженная пластичность большинства металлов при комнатной температуре. Высокое сопротивление деформации приводит к увеличению числа штамповочных переходов, снижению стойкости штамповой оснастки, требует применения технологических смазок, и оборудования повышенной мощности, что приводит к ощутимым первоначальным вложениям в данный вид обработки давлением. Затраты должны компенсироваться большей производительностью и возможностью автоматизации.
Повышение эффективности малоотходных технологических процессов выдавливания и возможность их автоматизации тесно связаны с оптимизацией конструкции штампов. Конструирование штампов в общем случае определяется тремя основными категориями требований: техническими, социальными и экономическими.
Основные требования к конструкции штампа: 1-технические: надежность и стойкость штампа, точность выдавливаемых деталей; 2-социальные: безопасность труда; стоимости изготовления и эксплуатации, повышение производительности.
Основные принципы конструирования: принцип уменьшения рабочих нагрузок, снижения локальных напряжений; принцип стабильности наладки; принцип безопасности;
